嵌入式Linux在Blackfin处理器上的应用

1 Uclinux和Blackfin简介

1. 1 UcLinux简介

Uclinux是当前广泛应用的一种嵌入式Linux操作系统，是一个完全符合GNU/GPL公约的项目，与UNIX完全兼容，完全开放源码。英文单词中u表示Micro，c表示control，所以Uclinux的意思是“微控制领域的Linux系统”。

Uclinux针对嵌入式应用的特点，对Linux的内核(所用版本为linux2.6)进行了修改和重新编译，其大小远小于原来。它包含Linux常用的API，保留了原来Linux操作系统具有的高稳定性、强大的网络功能和卓越的文件系统支持功能等优点。

1. 2 Blackfin简介

Blackfin 系列DSP是ADI公司推出的高性能，低功耗的新一代DSP处理器，融合了Analog Devices/Intel的微信号结构(MSA)，其应用范围广泛，包括汽车图像系统，宽带无线系统，多媒体消费电子产品，数字视频录像机，安防与监控，机顶盒和视频会议等。

对下一代的数字通信和消费多媒体应用来说，Blackfin处理器是高度集成的片上系统解决方案。通过将工业标准接口与高性能的信号处理内核相结合，用户可以快速开发出节省成本的解决方案，而无需昂贵的外部组件。

笔者使用的是BF533，其结构如图1：

BF533包括一个UART口、一个SPI口、两个串行口(SPORTs)、四个通用定时器(其中三个具有PWM功能)、一个实时时钟、一个看门狗定时器，以及一个并行外设接口。

1.3 Blackfin+Uclinux的优越性

(1) 使用方便

(2) 支持网络

(3) 源码开放

(4) 方便程序开发移植

系统结构如图2所示。

2 在Blackfin中嵌入Uclinux操作系统

2.1 建立开发环境

要在Blackfin上嵌入Uclinux操作系统，首先应建立相应的开发环境。笔者所用的主机系统和开发平台如下：

Windows XP与REDHAT 9.0双操作系统

P4 1.8GHz，512 MB内存

Blackfin533 EZ-KIT 开发板

Linux环境下的程序通过GNU的一系列工具完成编译工作，其中包括预处理、编译、汇编和连结4个互相关联的步骤，每一步由相关工具完成。

(1)GCC：是GNU编译器的前端程序，负责完成预处理和编译过程，生成以.O为后缀的目标文件。

(2)AS：是GNU编译器的汇编器，负责把后缀为.S的汇编文件编译成以.O为后缀的目标文件。

(3)LD：是GNU 编译器的连结器，负责把目标文件和库文件连结起来，重定位它们的数据，把所有符合连结起来。

笔者用的是bfin-gcc-3.4-2005R3.1.tar.gz。

在REDHAT中打开terminal，将目录转换到工作目录(根目录)，键入以下命令：

tar –xzf bfin-gcc-3.4-2005R3.1.tar.gz

在/opt下会出现/uclinux/bfin-elf和/uclinux/bfin-uclinux两个新文件夹，此时Blackfin所用的交叉编译器已建立成功。

2.2 在EZ-KIT上植入U-BOOT

从网上下载u-boot_1.1.3.tar.bz2,在terminal下键入：

bunzip2 u-boot_1.1.3.tar.bz2

tar -xzf u-boot_1.1.3.tar.bz2

此时会出现名为u-boot_1.1.3的文件夹，将当前目录转为此文件夹下，键入以下命令：

make clean

make mrproper

make ezkit_533_config

make

以上步骤完成后，会出现以下文件：

u-boot：这是elf文件，可以用它生成其它格式的文件。

u-boot.bin：这是二进制文件，可以用来升级u-boot。

在terminal下键入：

/opt/Uclinux/bfin-ucLinux/bfin-uclinux-objcopy –I binary –O ihex u-boot.bin u-boot.hex

此时在u-boot文件夹下生成u-boot.hex。

将主机系统转换为Windows XP下，打开VDSP++开发软件，点开TOOL下的flash programmer

2.3 编译Uclinux

将主机系统转为REDHAT9.0，打开terminal，当前目录应为Uclinux所在目录，输入以下命令：

export PATH=/opt/uclinux/bfin-elf/bin: /opt/uclinux/bfin-uclinux/

bin:$PATH

make menuconfig

此时出现选择参数界面，包括厂商，器件型号等，选好参数后继续。过一段时间后，将出现两个模块选择介面，这里不更改任何选项，直接选择exit。

在terminal中键入：make ，开始编译Uclinux，这个过程大概需要几分钟左右，当编译成功后，在uclinux文件夹下的image文件夹中将生成名为linux的文件。

2.4 嵌入Uclinux

将主机系统转为Windows XP系统。

将ezkit板和主机用串口连接起来，打开hyperterminal，选COM1，确定后进入设置参数界面，如图4所示。

设置好参数后，按确定。给板子上电后，自动启动U-boot。

在ezkit>后键入：“ loadb” ，点击“传送”，“发送文件”，出现如图5的界面：

按上图设置好参数后，点击发送，则出现传送文件的界面，并显示进度。由于linux文件有5.1M，而BF533 ezkit没有以太网接口，只能用串口进行传输，速度较慢，这个过程约1小时。为了缩短传输时间，笔者在Linux系统下将linux文件进行压缩，压缩后的文件大约1M左右，这样整个传输时间将缩短为10多分钟。

压缩的指令为：

/tools/mkimage –A blackfin –O linux –T kernel –C gzip –a 0x1000 –n “uclinux kernel Image” –d linux.bin.gz uImage[!--empirenews.page--]

这条指令将生成名为uImage的压缩文件。

当传输完成后，在ezkit>后输入：

bootelf 0x01000000(未经压缩)

bootm 0x01000000 (压缩)

此时将启动Uclinux，如果启动成功，将出现welcome画面。

到此，Uclinux已成功的嵌入到BF533 ezkit中。

3 在Uclinux中加入自己的应用程序

笔者用了一个最简单的程序“hello.c”来介绍如何在嵌入式操作系统中加入自己的程序。

(1)在/uclinux-dist/user/下建立一个新的文件夹shello，将源程序放到里面。

(2)修改/uclinux-dist/user/Makefile。加入：

dir_$(CONFIG_USER_SHELLO_HELLO)+=hello

(3)修改/uclinux-dist/config/configure.help。加入：

CONFIG_USER_SHELLO_HELLO

This is my program

这里需要注意一点：第二行的开头字母“T”离第一行的开头字母“C”两个字母的距离，同时每行不要超过70个字母。

(5) 修改/Uclinux-dist/config/config.in。加入：

bool ‘hello’CONFIG_USER_SHELLO_HELLO

(6)在/ucLinux-dist/user/shello/中加入makfile文件，此文件内容如下：

EXEC=hello

OBJS=hello.o

All:$(EXEC)

$(EXEC):$(OBJS)

$(CC) $(LDFLAGS) –O $ @ $ (OBJS) $ (LDLIBS)

romfs:

$(ROMFSINST) /bin/$ (EXEC)

clean:

rm –f $ (EXEC) *.elf *.gdb *.o

(7)做完以上步骤后，重新编译内核。此时hello应用程序会被加入内核中，注意在选择模块时选中hello。编译结束后，将内核下到板子上，启动Uclinux，在root>后键入hello，会出现“hello，world”。

4 结语

嵌入式操作系统是当今最热门的研究课题，本文详细介绍了怎样在Blackfin中嵌入Uclinux以及如何加入自己的应用程序，该系统已广泛应用到我们开发的项目中。